دانشمندان ثابت کرده اند که «تئوری مجمع همه چیز» انقلابی آنقدرها هم انقلابی نیست.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که نظریه مونتاژ، چارچوب پیشنهادی برای درک پیچیدگی و حیات مولکولی، منحصر به فرد نیست، بلکه معادل روش‌های شناخته‌شده‌ای مانند آنتروپی شانون است.

آنها با استفاده از ابزارهای آماری سنتی، این ادعا را که شاخص اسمبلی می‌تواند به طور منحصربه‌فردی «سرزندگی» را تعریف کند، رد کردند و بر اهمیت ادغام بینش‌های علمی مختلف برای درک واقعی پیچیدگی زندگی تأکید کردند.

تئوری اسمبلیج و چالش های آن

سه مقاله جدید ادعاهای نظریه اسمبلی (AT) در مورد پیچیدگی مولکولی را رد می کنند، که ادعا می شود یک “نظریه همه چیز” جدید است.

اولین بار در سال 2017 منتشر شد، نظریه اسمبلی فرضیه ای در مورد قابلیت اندازه گیری پیچیدگی مولکولی است که ادعا می کند زندگی را مشخص می کند، انتخاب طبیعی و تکامل را توضیح می دهد، و حتی درک ما از زمان، ماده، حیات و جهان را بازتعریف می کند.

تحلیل انتقادی و نظریه های معادل

با این حال، محققان به رهبری دکتر هکتور زنیل از دانشکده مهندسی بیومدیکال و علوم تصویربرداری (BMEIS)، با همکاری همکاران دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله (KAUST) و موسسه کارولینسکا در سوئد، با موفقیت در مقاله نشان داده اند. اخیرا توسط مجله Nature منتشر شده است npj سیستم های زیست شناسیکه نتایج مشابهی را می توان با استفاده از الگوریتم های آماری و فشرده سازی سنتی به دست آورد.

در مقاله دوم که به تازگی توسط سیستم های پیچیده PLoSآنها همچنین از نظر ریاضی ثابت کردند که نظریه اسمبلی معادل آنتروپی شانون است و بنابراین رویکرد جدیدی برای هیچ یک از این برنامه ها نیست و پیاده سازی یک الگوریتم فشرده سازی معروف و محبوب است که در پشت فشرده سازی ZIP و فرمت های رمزگذاری تصویر مانند PNG استفاده می شود.

از بین بردن شاخص مونتاژ

“تحقیق ما نشان داده است که شاخص اسمبلیج، مؤلفه اصلی نظریه اسمبلیج، که “زندگی” یک شی را با تعداد کپی‌های دقیقی که دارد، به عنوان یک روش اصلی تعیین می‌کند، نیست و نتیجه‌گیری‌های آن ناقص است.

دکتر هکتور زنیل، مدرس ارشد / دانشیار، دانشکده مهندسی پزشکی و علوم تصویربرداری و نویسنده اصلی.

دکتر زنیل ادامه داد: «زمانی که الگوریتم‌های فشرده‌سازی سنتی را روی داده‌های مولکولی یا شیمیایی اعمال کردیم، همان نتایج تأیید شده با تئوری مونتاژ به دست آمد. این بدان معنی است که نظریه مجموعه به جای اینکه یک چارچوب جدید باشد، از سایر معیارهای موجود پیچیدگی قابل تشخیص نیست. با این حال، نویسندگان اصلی الگوریتم های دیگر را آزمایش نکردند.

پیامدهای دنیای واقعی و تفسیرهای نادرست

اگرچه برخی از سبزیجات و گیاهان، مانند پیاز و سرخس، ژنوم‌هایشان تا 50 برابر طولانی‌تر است، اما نمی‌توان استدلال کرد که پیازها یا سرخس‌ها پیچیده‌تر یا زنده‌تر از آن چیزی هستند که مردم به‌عنوان نظریه مونتاژ بر اساس آن فرض می‌کنند. چنین شاخص تک بعدی. آنچه واقعاً زندگی را تعریف می کند صرفاً طول ژنتیکی یا تعداد اجزا نیست، بلکه رابطه پیچیده با محیط آنها، تجلی عاملیت حیات و تداوم آن در حفظ ویژگی های اساسی آن است.

پروفسور جسپر تگنر، استاد علوم زیستی و علوم کامپیوتر در دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله، آزمایشگاه سیستم‌های زنده، KAUST و نویسنده همکار.

«تحلیل ما محدودیت‌های شاخص‌های عددی تئوری اسمبلیج را در تلاش برای تعریف «زندگی» و ویژگی‌های زندگی روشن می‌کند. آنچه واقعاً مرا شگفت زده می کند، نادیده گرفتن نقش حیاتی تعاملات پویا در درک پیچیدگی زندگی است. حتی نگران‌کننده‌تر تصمیم به پیشنهاد آستانه ثابت برای تشخیص زندگی ناموجه است. پیشرفت واقعی در ایجاد دانش تثبیت شده، ادغام تئوری های به ظاهر متفاوت برای آشکار کردن پویایی های پیچیده چند بعدی است که زندگی را شکل می دهد، به جای اینکه آنچه را قبلاً می دانیم با ابزارهایی که قبلاً توسعه داده ایم، دوباره کار کنیم.

دکتر Narcis A. Kiani، محقق ارشد، بخش انکولوژی-پاتولوژی، مرکز پزشکی مولکولی، موسسه Karolinska، نویسنده مشترک.

بررسی چارچوب های نظری جایگزین

اگرچه تعیین خصوصیات حیات یک مسئله دشوار و هنوز باز است، اما از زوایای بسیاری مورد بررسی قرار گرفته است، از واحدهای مدولار توسط گرگور مندل گرفته تا ترمودینامیک توسط اروین شرودینگر تا آنتروپی آماری توسط کلود شانون تا اطلاعات الگوریتمی توسط گرگوری چایتین. با این همه دانش و خیلی بیشتر از علوم پیچیدگی و زیست‌شناسی سیستم‌ها، امروز می‌دانیم که یک جنبه کلیدی زندگی، پایان باز است، این واقعیت که به نظر نمی‌رسد عمل زندگی محدود به رفتار یا تکرار منظم باشد. در سازگاری و ارتباط آن با محیط خود.

زمینه‌هایی مانند دینامیک اطلاعات الگوریتمی (AID)، به رهبری دکتر هکتور زنیل و همکارانش، چگونگی یافتن مدل‌های علی برای پدیده‌های طبیعی و توضیحات مکانیکی برای فرآیندهای سیستم‌های زنده را روشن می‌کنند. AID کاملاً مبتنی بر دانش ترکیبی فعلی نظریه اطلاعات و استنتاج علی تا آن تاریخ است، و این زمینه‌های اساسی را که امروزه برای درک جهان استفاده می‌شود، ساخته و به هم متصل می‌کند.

روش‌های پشت AID قبلاً شبیه‌سازی دقیق ماژول‌ها در نظر گرفته می‌شوند، اما این بدیهی‌ترین قدم اول و چیزی است که دکتر زنیل قبل از تئوری اسمبلی گزارش داد که می‌تواند ترکیبات آلی را از معدنی به عنوان تابعی از طول مولکولی جدا کند.

مراجع:

«درباره محدودیت‌های اصلی روش‌های تئوری مونتاژ و طبقه‌بندی آن‌ها از امضاهای زیستی مولکولی» توسط Abikumaran Uthamakumaran، Felipe S. Abrahao، Narcis A. Chiani و Hector Zenil، 7 اوت 2024، npj سیستم های زیست شناسی و برنامه های کاربردی.
DOI: 10.1038/s41540-024-00403-y

“نظریه اسمبلی تقریبی به پیچیدگی الگوریتمی مبتنی بر فشرده سازی LZ است که انتخاب یا تکامل را توضیح نمی دهد” توسط Felipe S. Abrahão، Santiago Hernández-Orozco، Narcis A. Kiani، Jesper Tegner، و Hector Zenil، 23 سپتامبر 2024. سیستم های پیچیده PLOS.
DOI: 10.1371/journal.pcsy.0000014

«تئوری مونتاژ به آنتروپی شانون کاهش یافته و توسط الگوریتم‌های آماری ساده‌لوح ساخته شده است» توسط لوان اوزلیم، آبیکوماران اوتاماکوماران، فیلیپه اس. آبراهائو، سانتیاگو هرناندز-اورزکو، نارسیس آ. کیانی، جسپر تگنر 20 سپتامبر 20، علوم کامپیوتر > نظریه اطلاعات.
arXiv: 2408.15108